CN115652199A - 一种轻量化耐候钢及其制备方法、汽车车体 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种轻量化耐候钢及其制备方法、汽车车体，所述耐候钢钢板厚度为1.5‑2mm，所述耐候钢的化学成分以质量分数计包括：C：0.020～0.050％，Cu：0.35～0.45％，Ni：0.25～0.35％，Cr：3.55～3.85％，Si：0.15～0.25％，Ti：0.015～0.025％。Cr和Cu相互作用能有效抑制腐蚀性阴离子；Ni和Cr配合能有效抑制酸性离子侵入，促进保护层生成，降低钢的腐蚀速率；Ti能形成TiC，阻止沿奥氏体晶界析出CrC，能防止产生晶间腐蚀现象。因此，该耐候钢采用Cu‑Ni‑Cr系元素，可使其耐腐蚀耐候性能更优于传统的耐候钢，同时可满足轻量化、高冲压性、高板型尺寸的要求。

Description

一种轻量化耐候钢及其制备方法、汽车车体

技术领域

本申请涉及耐候钢生产领域，尤其涉及一种轻量化耐候钢及其制备方法、汽车车体。

背景技术

随着我国高速客车的快速发展，高速客车车体用钢对耐腐蚀性有较严格的要求，同时兼具客车车身轻量化的要求，钢材厚度要求通常为1.5mm-2.0mm，同时具有较高的冲压性能要求和板型尺寸要求。由于高速客车车体用高耐候钢厚度非常薄，一般厚度≤2mm，目前常规制造方法所生产的耐候钢钢，其屈服强度、抗拉强度、断后延伸率等性能指标通常达不到要求，耐腐蚀性能不达标，使用寿命短。常规制造方法所生产出的耐腐蚀钢不能同时满足超薄轻量化、高冲压性能要求和高板型尺寸要求的难题。

发明内容

本申请提供了一种轻量化耐候钢及其制备方法、汽车车体，以解决现有现有耐腐蚀钢不能同时满足超薄轻量化、高冲压性能要求和高板型尺寸要求的问题。

第一方面，本申请提供了一种轻量化耐候钢，所述耐候钢钢板厚度为1.5-2mm，所述耐候钢的化学成分以质量分数计包括：C：0.020～0.050％，Cu：0.35～0.45％，Ni：0.25～0.35％，Cr：3.55～3.85％，Si：0.15～0.25％，Ti：0.015～0.025％。

进一步地，所述耐候钢的化学成分以质量分数计还包括：Mn：0.30～0.40％，ALt：0.020～0.040％，Nb：0.015～0.025％。

进一步地，所述耐候钢的化学成分以质量分数计还包括：P≤0.015％，S≤0.002％，N≤0.0050％，T[O]≤0.0030％，[H]≤0.00025％，V≤0.015％，Mo≤0.050％，B≤0.0005％。

第二方面，本申请提供了一种轻量化耐候钢的制备方法，用以制备第一方面任一项实施例所述的轻量化耐候钢，所述制备方法包括：

于铁水在KR脱硫时，进行扒前渣和扒后渣处理，并控制脱硫后的铁水中S含量；

于转炉冶炼出钢时，加铝铁进行脱氧并控制钢水中ALs含量为第一设定值，后加微碳铬铁进行合金化；

于钢水底吹氩气时，控制钢水中ALs含量为第二设定值；

于钢包炉深脱硫时，控制钢水中S含量和ALs含量为第三设定值；

于真空炉循环脱气脱夹渣时，控制真空循环时间和真空度；

于连铸浇铸时，结晶器保护渣采用设定碱度和设定熔点的碳钢专用渣，得到板坯。

进一步地，所述扒前渣和扒后渣处理的工艺参数包括：每两次所述扒后渣之间间隔时间≥6min，所述扒前渣和扒后渣处理的裸露面≥90％；和/或

所述S含量≤0.001wt％。

进一步地，所述第一设定值为0.020wt％-0.040wt％；和/或

所述微碳铬铁的加入量为61-68kg/t.s，所述微碳铬铁中Cr的质量分数为59％-60％、C的质量分数为0.055％-0.065％。

进一步地，所述第二设定值为0.040wt％-0.060wt％；和/或

所述S含量≤0.002wt％；

所述第三设定值为0.030wt％-0.050wt％。

进一步地，所述真空循环时间为18-25分钟，所述真空度≤25Pa。

进一步地，所述设定碱度为0.9-1.0，所述设定熔点为1110-1170℃。

第三方面，本申请提供了一种汽车车体，所述汽车车体至少部分包括第一方面任一项实施例所述的轻量化耐候钢。

本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：

本申请实施例提供的轻量化耐候钢采用Cu-Ni-Cr系元素，其耐腐蚀耐候性能优于传统的Cu-P-Ni-Cr-Mo-Re系耐候钢，且不再依靠P和RE两种元素来提高耐候性，避免了P和RE两种元素所带来的弊端，通过Cu、Cr和Ni的调整实现钢板耐候性的提高，同时可满足轻量化、高冲压性、高板型尺寸的要求，可应用于加工高速客车车体。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种轻量化耐候钢的制备方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

除非另有特别说明，本申请中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

第一方面，本申请实施例提供了一种轻量化耐候钢，所述耐候钢钢板厚度为1.5-2mm，所述耐候钢的化学成分以质量分数计包括：C：0.020～0.050％，Cu：0.35～0.45％，Ni：0.25～0.35％，Cr：3.55～3.85％，Si：0.15～0.25％，Ti：0.015～0.025％。

本申请实施例提供的轻量化耐候钢采用Cu-Ni-Cr系元素，其耐腐蚀耐候性能优于传统的Cu-P-Ni-Cr-Mo-Re系耐候钢，且不再依靠P和RE两种元素来提高耐候性，避免了P和RE两种元素所带来的弊端，通过Cu、Cr和Ni的调整实现钢板耐候性的提高，同时可满足轻量化、高冲压性、高板型尺寸的要求，可应用于加工高速客车车体。

该耐候钢中的Cr元素是能使钢的表面很快形成一层实际为腐蚀介质不能透过和不溶解的富铬的氧化膜，这层致密的氧化膜可与金属基本结合得很牢固，保护钢材不被侵蚀；Cu元素能显著提高钢材耐酸性腐蚀性能，钢与表面二次析出的Cu之间的阴极接触，能促使钢阳极钝化形成保护层；当Cr与Cu同时加入钢中，效果显著，Cu起着活性阴极作用，Cr和Cu相互作用能有效抑制腐蚀性阴离子，特别是酸性阴离子的侵入；Ni元素能使钢的腐蚀电位向正方向变化，Ni和Cr配合能显著提高钢的耐酸腐蚀性，有效抑制酸性离子侵入，促进保护层生成，降低钢的腐蚀速率；Si元素与Cu、Cr、Ca等配合使用可以改善钢的耐腐蚀性能；Ti能形成TiC，使钢的内部组织细化，致密，当Ti:C达到一定的比值时，所有的游离C都被结合成了强固TiC，阻止加热过程中沿奥氏体晶界析出CrC，能防止产生晶间腐蚀现象。因此，该耐候钢采用Cu-Ni-Cr系元素，可使其耐腐蚀耐候性能更优于传统的耐候钢。

C是最经济的强化元素，通过间隙固溶强化提升钢的强度。增加碳含量，可大幅提升钢的淬透性，减少其他贵重合金的加入量，降低生产成本，同时对降低钢的屈强比有益，因此C含量不宜过低。但是碳含量越高，越不利于钢的低温韧性，同时易在钢种形成较严重的硬相偏析带，加剧钢的组织不均匀性，不利于产品的疲劳性能，因此碳含量亦不可过高。C元素对钢的耐酸性腐蚀不利，会使钢的内部形成化学电池，从而产生电化学腐蚀，对钢材耐腐蚀性能不利。较适宜的碳的添加量为0.020～0.050％。

Si主要起固溶强化作用，也有益于提升钢的疲劳性能，但含量过高时，不利于表面质量以及高频焊接质量。

Cr在腐蚀环境中可在钢的表面形成较为致密的保护层，起到保护基体的作用，有效提高钢耐腐蚀性能，还可有效提升钢的淬透性，并具有一定的固溶强化作用。但钢中铬含量过高时，会使钢板的韧性恶化，且不利于高频电阻焊焊缝质量，易形成灰斑缺陷，必须采用焊接保护，增加了焊接难度及成本。所以，兼顾钢板的耐腐蚀性能和韧性，较适宜的铬添加量为3.55～3.85％。

Cu主要起改善钢的耐蚀耐候性能的作用，Ni可改善因加入铜的热脆性，较适宜的铜添加量为0.35～0.45％，镍的添加量为0.25～0.35％。

Ti是微合金化元素，可显著细化晶粒并起到析出强化作用，可显著提高钢的奥氏体再结晶温度，扩大未再结晶区范围，便于实现高温控轧，降低轧机负荷。

作为本发明实施例的一种实施方式，所述耐候钢的化学成分以质量分数计还包括：Mn：0.30～0.40％，ALt：0.020～0.040％，Nb：0.015～0.025％。

本申请中，Mn为较经济的合金化元素，可有效提升钢的淬透性，可显著提升钢的屈服和抗拉强度。但锰含量较高时，易产生较严重的组织偏析，导致钢的成分、组织不均。

Nb是微合金化元素，可显著细化晶粒并起到析出强化作用，可显著提高钢的奥氏体再结晶温度，扩大未再结晶区范围，便于实现高温控轧，降低轧机负荷。

Al是钢中主要的脱氧元素，能够显著降低钢中的氧含量，同时铝与氮的结合形成AlN，能够有效地细化晶粒。但是钢中铝含量超过0.04％时，易导致铝的氧化物夹杂明显增加，降低钢的洁净度，对钢的低温韧性不利。

作为本发明实施例的一种实施方式，所述耐候钢的化学成分以质量分数计还包括：P≤0.015％，S≤0.002％，N≤0.0050％，T[O]≤0.0030％，[H]≤0.00025％，V≤0.015％，Mo≤0.050％，B≤0.0005％。

本申请中，P易导致钢的冷脆；S易引起热脆；因此应尽量降低钢中的P、S的含量。

第二方面，本申请提供了一种轻量化耐候钢的制备方法，用以制备第一方面任一项实施例所述的轻量化耐候钢，如图1所示，所述制备方法包括：

于铁水在KR脱硫时，进行扒前渣和扒后渣处理，并控制脱硫后的铁水中S含量；

于转炉冶炼出钢时，加铝铁进行脱氧并控制钢水中ALs含量为第一设定值，后加微碳铬铁进行合金化；

于钢水底吹氩气时，控制钢水中ALs含量为第二设定值；

于钢包炉深脱硫时，控制钢水中S含量和ALs含量为第三设定值；

于真空炉循环脱气脱夹渣时，控制真空循环时间和真空度；

于连铸浇铸时，结晶器保护渣采用设定碱度和设定熔点的碳钢专用渣，得到板坯。

本申请中，轻量化耐候钢的制备采用冷轧工艺，还包括对板坯进行加热、均热、轧制、冷却、冷轧、酸洗、轧制、退火。

作为本发明实施例的一种实施方式，所述扒前渣和扒后渣处理的工艺参数包括：每两次所述扒后渣之间间隔时间≥6min，所述扒前渣和扒后渣处理的裸露面≥90％；和/或

所述S含量≤0.001wt％。

本申请中，铁水脱硫、扒渣干净是为了降低入转炉的铁水硫含量，并防止扒渣不尽导致后续钢渣返硫。

作为本发明实施例的一种实施方式，所述第一设定值为0.020wt％-0.040wt％；和/或

所述微碳铬铁的加入量为61-68kg/t.s，所述微碳铬铁中Cr的质量分数为59％-60％、C的质量分数为0.055％-0.065％。

本申请中，转炉出钢脱氧控制ALs含量是为后续脱硫提前造还原渣，后续脱硫必须要求渣的还原性。选择含碳量很低的微碳铬铁合金来添加钢水Cr成分，是由于钢板含Cr量高而含碳量低，所需添加的合金铬铁量大，防止合金铬铁的添加使钢水成分碳含量超标。

在一些实施方式中，微碳铬铁的加入量可为61kg/t.s、62kg/t.s、63kg/t.s、64kg/t.s、65kg/t.s、66kg/t.s、67kg/t.s、68kg/t.s等。微碳铬铁中Cr的质量分数可为59％、59.1％、59.2％、59.3％、59.4％、59.5％、59.6％、59.7％、59.8％、59.9％、60％等，C的质量分数可为0.055％、0.056％、0.057％、0.058％、0.059％、0.060％、0.061％、0.062％、0.063％、0.064％、0.065％等。

作为本发明实施例的一种实施方式，所述第二设定值为0.040wt％-0.060wt％；和/或

所述S含量≤0.002wt％；和/或

所述第三设定值为0.030wt％-0.050wt％。

本申请中，氩站控制ALs含量是为后续脱硫提前造还原渣，后续脱硫必须要求渣的还原性。控制钢中的硫含量一方面是为了减少硫的危害，从而提高钢的低温冲击韧性。

作为本发明实施例的一种实施方式，所述真空循环时间为18-25分钟，所述真空度≤25Pa。

本申请中，真空循环过程控制循环时间和真空度参数，可以进一步降低钢中的氮含量，进一步脱除有害杂质及气体，有效降低钢水中的T[O]和[H]含量，提高钢水的纯净度，从而提高钢的耐候性。

作为本发明实施例的一种实施方式，所述设定碱度为0.9-1.0，所述设定熔点为1110-1170℃。

下面结合具体的实施例，进一步阐述本申请。应理解，这些实施例仅用于说明本申请而不用于限制本申请的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照国家标准测定。若没有相应的国家标准，则按照通用的国际标准、常规条件、或按照制造厂商所建议的条件进行。

第三方面，本申请提供了一种汽车车体，所述汽车车体至少部分包括第一方面任一项实施例所述的轻量化耐候钢。

本申请中，耐候钢的屈服强度≥350MPa，抗拉强度为490-690MPa级，断后延伸率A≥22％，-40℃冲击功KV2≥60J，对比Q345B钢，耐腐蚀性能≤30％。本申请的耐候钢能完全满足铁道车辆用高耐蚀型耐候钢屈服强度要求、具有良好的耐候性要求，同时满足具有较低屈强比、良好的焊接性能和疲劳性能等要求。

实施例1

一种轻量化耐候钢及其制备方法，具体为：

(1)原料选取：耐候钢的化学成分如表1所示，其余为Fe及不可避免的杂质；

(2)制备方法：

钢水在KR脱硫时，进行扒前渣和扒后渣处理(控制扒前渣和扒后渣处理的裸露面≥90％)，且每两次所述扒后渣之间间隔时间为10min，并控制脱硫后的铁水中S含量为0.0007wt％；

转炉冶炼出钢时，加铝铁进行脱氧并控制钢水中ALs含量为0.037wt％，后加64.36kg/t.s微碳铬铁(Cr含量为59.7wt％、C含量为0.06wt％)进行合金化；

钢水底吹氩气时，控制钢水中ALs含量为0.058wt％；

钢包炉深脱硫时，控制钢水中S含量为0.0008wt％和ALs含量为0.04wt％；

真空炉循环脱气脱夹渣时，控制真空循环时间为22min和真空度为17Pa；

连铸浇铸时，结晶器保护渣采用碱度为0.92、熔点为1138℃的碳钢专用渣，得到板坯；

对板坯进行加热、均热、轧制、冷却、冷轧、酸洗、轧制、退火。(本实施例的部分工艺参数如表1-6所示)

实施例2-10、对比1-2为将实施例1中的参数进行调整，具体数据如表1-6所示，其余与实施例1相同。

表1实施例和对比例的钢材成分取值表(wt，％)

表2实施例及对比例的主要炼钢工艺参数

表3实施例及对比例的主要炼钢工艺参数

表4实施例及对比例的主要炼钢工艺参数

表5实施例及对比例的主要热轧工艺参数

表6实施例及对比例的主要冷轧工艺参数

表7实施例和对比例所得耐候钢的主要性能检测结果

综上所述，本申请采用Cu-Ni-Cr系的元素组成，其耐腐蚀耐候性能更优于传统的耐候钢。目前常规的提高钢材耐腐蚀耐候性的添加元素是Cu-P-Ni-Cr-Mo-Re系，本申请不再依靠P和Re两种元素来提高耐候性，避免了P和Re两种元素所带来的弊端，通过Cu、Cr和Ni的调整实现钢板耐候性的提高。本申请开发的新的成分体系，可满足高速客车车体用钢对耐腐蚀性的要求，同时兼具客车车身轻量化的要求，通过冷轧，钢材厚度达到1.5mm-2.0mm，同时可满足较高的冲压性能要求和板型尺寸要求。本申请的耐候钢没有添加价格昂贵的Mo、Re等合金，降低了成本。

本申请的各种实施例可以以一个范围的形式存在；应当理解，以一范围形式的描述仅仅是因为方便及简洁，不应理解为对本申请范围的硬性限制；因此，应当认为所述的范围描述已经具体公开所有可能的子范围以及该范围内的单一数值。例如，应当认为从1到6的范围描述已经具体公开子范围，例如从1到3，从1到4，从1到5，从2到4，从2到6，从3到6等，以及所述范围内的单一数字，例如1、2、3、4、5及6，此不管范围为何皆适用。另外，每当在本文中指出数值范围，是指包括所指范围内的任何引用的数字(分数或整数)。

在本申请中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上”和“下”具体为附图中的图面方向。另外，在本申请说明书的描述中，术语“包括”“包含”等是指“包括但不限于”。在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。在本文中，“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况。其中A，B可以是单数或者复数。在本文中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“至少一种”、“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，“a,b,或c中的至少一项(个)”，或，“a,b,和c中的至少一项(个)”，均可以表示：a,b,c,a-b(即a和b),a-c,b-c,或a-b-c，其中a,b,c分别可以是单个，也可以是多个。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种轻量化耐候钢，其特征在于，所述耐候钢钢板厚度为1.5-2mm，所述耐候钢的化学成分以质量分数计包括：C：0.020～0.050％，Cu：0.35～0.45％，Ni：0.25～0.35％，Cr：3.55～3.85％，Si：0.15～0.25％，Ti：0.015～0.025％。

2.根据权利要求1所述的轻量化耐候钢，其特征在于，所述耐候钢的化学成分以质量分数计还包括：Mn：0.30～0.40％，ALt：0.020～0.040％，Nb：0.015～0.025％。

3.根据权利要求1所述的轻量化耐候钢，其特征在于，所述耐候钢的化学成分以质量分数计还包括：P≤0.015％，S≤0.002％，N≤0.0050％，T[O]≤0.0030％，[H]≤0.00025％，V≤0.015％，Mo≤0.050％，B≤0.0005％。

4.一种轻量化耐候钢的制备方法，其特征在于，用于制备权利要求1～3任意一项所述的轻量化耐候钢，所述制备方法包括：

于铁水在KR脱硫时，进行扒前渣和扒后渣处理，并控制脱硫后的铁水中S含量；

于转炉冶炼出钢时，加铝铁进行脱氧并控制钢水中ALs含量为第一设定值，后加微碳铬铁进行合金化；

于钢水底吹氩气时，控制钢水中ALs含量为第二设定值；

于钢包炉深脱硫时，控制钢水中S含量和ALs含量为第三设定值；

于真空炉循环脱气脱夹渣时，控制真空循环时间和真空度；

于连铸浇铸时，结晶器保护渣采用设定碱度和设定熔点的碳钢专用渣，得到板坯。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述扒前渣和扒后渣处理的工艺参数包括：每两次所述扒后渣之间间隔时间≥6min，所述扒前渣和扒后渣处理的裸露面≥90％；和/或

所述S含量≤0.001wt％。

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述第一设定值为0.020wt％-0.040wt％；和/或

所述微碳铬铁的加入量为61-68kg/t.s，所述微碳铬铁中Cr的质量分数为59％-60％、C的质量分数为0.055％-0.065％。

7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述第二设定值为0.040wt％-0.060wt％；和/或

所述S含量≤0.002wt％；和/或

所述第三设定值为0.030wt％-0.050wt％。

8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述真空循环时间为18-25分钟，所述真空度≤25Pa。

9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述设定碱度为0.9-1.0，所述设定熔点为1110-1170℃。

10.一种汽车车体，其特征在于，所述汽车车体至少部分包括权利要求1～3任意一项所述的轻量化耐候钢。

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